TDSEMIC DS1307 / DS1307ZN｜低功耗 RTC 實時時鐘芯片，電路與選型詳解

發佈：2026-11-01　·　分類：產品資訊

一、器件簡述：DS1307 與 DS1307ZN 的差別不在封裝

TDSEMIC 的 DS1307 系列有三個料號：DS1307-TD、DS1307Z-TD、DS1307ZN-TD。三款內核完全一致——同樣的 8 個 BCD 時鐘 / 日曆寄存器、同樣的 56 字節 NV SRAM、同樣的電源檢測與自動切換電路、同樣的可編程方波輸出。

區別只有兩條：溫度等級，和出貨包裝。

DS1307-TD：0 ~ +70℃，管裝 Tube，商品編號 C42421870。

DS1307Z-TD：0 ~ +70℃，編帶 Reel，商品編號 C42421872。

DS1307ZN-TD：-40 ~ +85℃，編帶 Reel，商品編號 C42421871。

名字裏帶 Z 或 ZN，很多人第一反應是封裝變了，實際並不是。三款都是 SOP-8、150mil 本體寬度、1.27mm 腳距，沒有 DIP 版本。這意味着如果原理圖庫沿用的是老式 DIP-8 的 DS1307 符號，佈線前必須先換封裝，否則貼片產線拿到鋼網就對不上。

選型判斷只看兩點：現場最低溫度是否低於 0℃（低於就選 ZN），以及產線是手工貼還是迴流焊編帶（編帶選 Z-TD 或 ZN-TD）。只換溫度等級時，電路、固件、寄存器時序全部不用改——改的只是料號和篩片成本。

二、關鍵參數：先看 4.5V 這條線

DS1307 最容易被誤判的一項，是它屬於 5V 器件。手冊給出的 VCC 工作範圍是 4.5V ~ 5.5V，並沒有 3.3V 下的指標。很多方案裏把它當 3.3V 器件直接掛到 3.3V 電源上，實驗室常溫下也許能讀寫，但計時精度、I2C 時序、掉電切換全部失去保證。

工作電壓 VCC：4.5 ~ 5.5V，低於 4.5V 時計時與 I2C 均不保證。

備份電壓 VBAT：2.0 ~ 3.5V，CR2032 的 3V 正好落在區間內。

工作電流 ICC：典型 1.5mA，通信瞬間峯值，與速率、上拉有關。

備份電流 IBAT：典型 500nA、最大 1µA，電池自放電常大於芯片耗電。

晶振頻率：32.768kHz，外置，負載電容 CL = 12.5pF。

I2C 速率：標準模式 100kHz，不支持 400kHz 快速模式。

I2C 地址：7 位 1101000（0x68），出廠固定，寫 0xD0、讀 0xD1。

NV SRAM：56 × 8 bit，地址 0x08 ~ 0x3F，備電維持。

方波輸出：1Hz / 4.096k / 8.192k / 32.768k，SQW/OUT 開漏，需上拉。

計時範圍：秒、分、時、星期、日、月、年，閏年補償至 2100 年。

兩個數字值得單獨記一下。一是備份電流典型 500nA、最大 1µA，看起來極小，但一顆 CR2032 的標稱容量 220mAh，扣掉自放電（通常每年 1%~3%）後，實際能撐住的年限由電池自身漏電主導，而不是芯片。按 1µA 滿打滿算理論值超過 20 年，工程上按 5~8 年推算更貼近實際。

二是晶振負載電容 12.5pF。這一點和同廠的 DS1302（6pF）完全不同。晶振的 CL 與芯片要求必須匹配，拿 6pF 的晶振裝到 DS1307 上，等效負載電容偏小，振盪頻率偏高，走時就會明顯偏快——常見表現是一個月快出兩三分鐘。

三、引腳定義：8 個腳，4 個功能組

腳 1：X1，輸入，接 32.768kHz 晶振一端。

腳 2：X2，輸出，接晶振另一端；用外部時鐘時此腳懸空。

腳 3：VBAT，電源，備份電池正極，2.0 ~ 3.5V，只接電池。

腳 4：GND，地，接地。

腳 5：SDA，雙向，I2C 數據，開漏，需上拉。

腳 6：SCL，輸入，I2C 時鐘，開漏，需上拉。

腳 7：SQW/OUT，輸出，可編程方波，開漏，需上拉。

腳 8：VCC，電源，主電源 4.5 ~ 5.5V。

引腳排布按頂視、有字面朝上判斷：引腳 1 在左上角（封裝上有圓點標記），逆時針數到 8 爲 VCC。左邊四個是晶振、備份電源和地，右邊四個是電源、方波輸出和 I2C 兩根線，這個分組天生適合佈局——干擾源和信號線自然分在兩側。

地址 0x68 是固定的。DS1307 沒有地址選擇腳，同一條 I2C 總線上掛兩片 DS1307 會直接衝突。需要多路計時時，必須靠 I2C 多路複用器（如 TCA9548 類器件）分總線，或者改用帶地址腳的方案。

四、兩套典型應用電路

電路 A：5V 主控 + CR2032 備份（基礎型）

最常規的接法，適合主控本身就是 5V 供電的板子，比如傳統 8051 平臺、5V 供電的工控板、繼電器計時模塊。

器件清單：U1 DS1307ZN-TD；Y1 32.768kHz 晶振（CL = 12.5pF）；C1 0.1µF/0603 去耦；R2、R3 4.7kΩ 上拉；BT1 CR2032 紐扣電池加電池座。

VCC 與去耦：8 腳接 5V，0.1µF 放在 8 腳與 4 腳之間，迴路面積越小越好。這顆電容不是可選項，I2C 每次起始 / 停止的電流跳變都靠它吸收。

晶振：X1/X2 直接接晶振兩腳，走線短、下面不走其他信號。如果實測走時偏快，可在兩腳對地各加一隻幾 pF 的微調電容（一般 5~15pF 範圍試），把總負載電容補到 12.5pF。

備份電源：VBAT 只接紐扣電池正極，負極接 GND。DS1307 內部沒有充電電路，裝 LIR2032 這類可充電電池時必須外加限流電阻，否則等於把電池直接並在電源上。

I2C 上拉：SDA、SCL 各接一隻 4.7kΩ 到 5V。100kHz 下這個阻值適配總線電容約 100~200pF 的場景；如果掛的器件多、走線長，用示波器看上升沿，超過 1µs 就把上拉降到 2.2kΩ，同時確認低電平灌電流不超過 3mA。

方波輸出：SQW/OUT 是開漏輸出，不用時懸空即可，不要直接接地。需要秒中斷時上拉後接 MCU 的外部中斷腳，寄存器 0x07 裏把 SQWE 置 1、RS1/RS0 選 1Hz。

電路 B：3.3V 主控 + 5V 供電（分開處理供電與上拉）

這是實際項目裏最常見、也最容易出錯的一版：主控是 STM32、GD32、ESP32 這類 3.3V 器件，板上卻有 5V 軌。正確的做法是 VCC 照舊給 5V，上拉改接 3.3V。

VCC 不能降到 3.3V：手冊下限就是 4.5V，壓到 3.3V 屬於超出規定範圍使用，計時精度和 I2C 時序都不再有保證，低溫下尤其容易出問題。

上拉必須改接 3.3V：如果把 4.7kΩ 上拉到 5V，總線空閒時 SCL/SDA 會被拉到 5V，這個電壓直接頂在 MCU 的 IO 上。多數 3.3V MCU 的 IO 並不耐 5V，長期工作會損傷輸入級。

爲什麼這樣能通信：DS1307 的輸入高電平門限 VIH ≥ 2.2V，3.3V 上拉產生的高電平遠超門限，芯片識別沒有問題；反向看，MCU 輸出 3.3V 高電平同樣高於 2.2V。開漏總線只負責拉低，兩側電壓不同並不衝突。

上拉阻值：改 3.3V 後常用 2.2kΩ，因爲高電平幅度變小，用略小的阻值換取更陡的上升沿，代價是低電平時灌電流變大，需要覈算。

需要雙向電平轉換嗎：單純 I2C 場景，3.3V 上拉加 5V 供電就能工作，不必額外加轉換芯片；只有當總線上還有其他 5V 器件、或需要 5V 強上拉提速時才考慮。

五、PCB 佈局：三件事決定成敗

RTC 電路元件少，佈局上真正需要講究的只有三處：晶振、去耦、I2C 走線。其餘按常規數字電路處理即可。

晶振緊貼芯片：Y1 到 X1/X2 的引線總長壓到 5mm 以內，兩條線儘量等長、並排，下方不走任何信號（尤其不要走 I2C 和電源）。晶振外圍包一圈地並與底層地多打過孔，形成局部屏蔽。晶振正下方保持完整地平面，不要開槽。

去耦就近：0.1µF 放在 VCC 腳（8 腳）與 GND 腳（4 腳）之間，優先放在芯片同一面、緊貼引腳，單獨打過孔落到底層地平面。不要把它放到板子另一頭做統一去耦。

I2C 並排短走：SCL/SDA 並排、等長、少換層，線間距按 3W 原則；兩條線交叉時直接跨過去，不要爲了避讓多打一對過孔。總線下方地平面保持完整，不跨分割。

VBAT 單獨走：電池正極到 3 腳的走線單獨拉，遠離 32.768kHz 與 I2C。電池座下方不要走信號線，紐扣電池外殼是金屬，容易蹭到。

上拉電阻位置：放在靠近 MCU 或連接器一側，不要壓在芯片正下方，方便調試時換阻值。

不要隨意加電容：VBAT 腳和 SQW 腳手冊都沒有要求加濾波電容，自己加上去反而可能影響掉電檢測的響應速度。

六、選型建議

按溫度定料號。室內消費類產品、空調房裏的設備，0 ~ +70℃ 足夠，DS1307-TD 或 DS1307Z-TD 都可以。戶外機櫃、電錶水錶、車載非發動機艙、冷鏈記錄儀這類場景，直接選 DS1307ZN-TD，-40 ~ +85℃ 覆蓋了絕大多數工業現場。溫度等級不是留餘量的問題，而是低溫下晶振起振能力和芯片內部振盪電路驅動能力的問題，商業級料在 -20℃ 就可能不起振。

按產線定包裝。手工焊接、樣品打樣用管裝（DS1307-TD）；迴流焊產線必須用編帶（Z-TD 或 ZN-TD），否則貼片機無法供料。這一項在 BOM 裏經常被漏掉，採購按價格選了最便宜的管裝，上線才發現上不了貼片機。

和同廠 DS1302 怎麼分工。兩者都是 TDSEMIC 的 RTC，但接口邏輯不同：DS1302 是 3 線串行接口，工作電壓 2.0 ~ 5.5V，晶振負載電容 6pF，通信速率可到 2MHz，佔用 3 個 IO；DS1307 是標準 I2C，需要 4.5V 以上供電，晶振 12.5pF，速率 100kHz，只佔 2 個 IO，且能與總線上其他器件共用。

七、典型應用場景

智能電錶 / 水錶 / 燃氣表：DS1307ZN-TD，關注寬溫起振、電池壽命、長期精度。

工業控制櫃 / 數據記錄儀：DS1307ZN-TD，關注斷電切換可靠性、SRAM 存掉電標誌。

門禁 / 考勤機：DS1307Z-TD，關注 I2C 與主控共用總線、秒中斷。

家電定時 / 路燈控制：DS1307Z-TD，關注成本、編帶貼片、1Hz 方波驅動。

實驗室打樣 / 小批量試產：DS1307-TD，管裝取用方便，便於手工換料。

電池供電的便攜設備要特別注意一點：DS1307 的 VCC 下限是 4.5V，意味着主電源至少要 5V 或 4 節乾電池（6V 需降壓）。如果整機設計成 3.7V 鋰電直供，DS1307 就不合適，這不是靠軟件能繞過去的限制。

八、小結

DS1307 / DS1307ZN 的外圍確實簡單，但簡單不等於可以省掉覈對。把下面四條記住，基本能避開量產階段九成的問題。

4.5V 是硬門檻。VCC 必須給到 4.5V 以上，3.3V 主控可以通信，但供電不能跟着降。

晶振 CL 必須是 12.5pF。和 DS1302 的 6pF 不能混用，混用直接導致走時偏快。

上拉接哪一路要想清楚。5V 主控接 5V，3.3V 主控接 3.3V，別讓 5V 灌進 MCU。

地址 0x68 改不了。一條總線只能掛一片，多路必須上覆用器。